Изследователите разработват нов подход за помощ с роботизиран екзокостюм

Изследователи от Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences разработиха нов подход за роботизирана помощ при екзокостюми. Той помага за преодоляване на голямо предизвикателство при проектирането на носима роботика, която може да се използва за подпомагане на ходенето в реални условия. 

Днешните адаптивни носими роботизирани платформи за помощ изискват много ръчни или автоматични настройки за подпомагане на отделните лица, което може да бъде трудно за пациентите. 

Новият подход разчита на роботизирана помощ за екзокостюм, която се калибрира спрямо индивида и се адаптира към различни задачи при ходене в реалния свят само за секунди. Био-вдъхновената система използва ултразвукови измервания на мускулната динамика, което й позволява да бъде персонализирана и специфична за дейността на потребителите.

Робърт Д. Хау е професор по инженерство на Abbott и James Lawrence и съавтор на статията, публикувана в Научна роботика. 

„Нашият базиран на мускули подход позволява сравнително бързо генериране на индивидуализирани профили за помощ, които осигуряват реална полза за ходещия човек“, каза Хау.

Предишни био-вдъхновени системи срещу нов подход

Предишни био-вдъхновени системи са се фокусирали върху динамичните движения на крайниците и носещите ги, но изследователите са гледали извън това. 

Ричард Нуколс е постдокторантски научен сътрудник в SEAS и съавтор на статията. 

„Използвахме ултразвук, за да погледнем под кожата и директно измерихме какво правят мускулите на потребителя по време на няколко задачи при ходене“, каза Нуколс. „Нашите мускули и сухожилия имат съответствие, което означава, че не е задължително да има пряка връзка между движението на крайниците и това на подлежащите мускули, управляващи тяхното движение.“

Изследователският екип прикрепи преносима ултразвукова система към прасците на участниците, преди да изобрази мускулите им, докато изпълняват различни задачи при ходене. 

Критика Сваминатан е аспирант в SEAS и Висшето училище по изкуства и науки (GSAS) и съавтор на изследването. 

„От тези предварително записани изображения изчислихме помощната сила, която трябва да бъде приложена успоредно с мускулите на прасеца, за да компенсира допълнителната работа, която трябва да извършат по време на фазата на оттласкване от цикъла на ходене“, каза Сваминатан.

Заснемане на профила на мускула

Системата изисква само няколко секунди ходене, за да заснеме профила на мускула и за всеки от профилите изследователите измерват колко метаболитна енергия използва човекът по време на ходене с и без екзокостюм. 

Екипът установи, че метаболитната енергия при ходене през диапазон от скорости и наклони е намалена значително с помощта на мускулите. Те също така установиха, че е необходима по-ниска помощна сила, за да се постигне същата или подобрена метаболитна енергия в сравнение с предишни проучвания. 

Sangjun Lee е завършил студент в SEAS и GSAS и съавтор на изследването. 

„Чрез директно измерване на мускулите можем да работим по-интуитивно с човека, който използва екзо костюма“, каза Лий. „С този подход екзокостюмът не надделява над този, който го носи, той работи в сътрудничество с него.“

В реални ситуации екзокостюмът демонстрира способност бързо да се адаптира към промените в скоростта и наклона на ходене. Сега екипът ще се опита да тества системата с корекции в реално време.

„Този ​​подход може да подпомогне приемането на носима роботика в динамични ситуации от реалния свят, като позволи удобна, персонализирана и адаптивна помощ“, каза Уолш.